Создание информационно-справочной подсистемы САПР конструкторско-технологического назначения. Интегральные микросхемы
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
мы. То есть схема реализует функцию "2И".
Количество входов элемента "И" зависит от количества диодов. Если использовать два диода, то получится элемент "2И", если три диода - то "3И", если четыре диода, то "4И", и так далее. В микросхемах выпускается максимальный элемент "8И".
Приведенная схема обладает таким недостатком, как смещение логических уровней на выходе микросхемы. Напряжение нуля и напряжение единицы на выходе схемы выше входных уровней на 0.7 В. Это вызвано падением напряжения на входных диодах. Скомпенсировать это смещение уровней можно диодом, включенном на выходе схемы, как это показано на рисунке 2.
Рисунок 2.6 Принципиальная схема усовершенствованного логического элемента "2И", выполненного на диодах
В этой схеме логические уровни на входе и выходе схемы одинаковы. Более того, схема на рисунке 2 будет нечувствительна не только к входным напряжениям, большим напряжения питания схемы, но и к отрицательным входным напряжениям. Диоды выдерживают напряжение до сотен вольт. Поэтому такая схема до сих пор используется для защиты цифровых устройств от перегрузок по напряжению, возникающих, например, в цепях, выходящих за пределы устройства. Естественно, что для защиты одного входа достаточно одного диода на входе элемента. В результате получается только схема защиты без функции "И".
Однако новая схема не может каскадироваться, так как вырабатывает только вытекающий ток, а для следующего каскада требуется втекающий выходной ток схемы. Поэтому к схеме диодного логического элемента "И" обычно подключается двухтактный усилитель на биполярных транзисторах. Схема такого элемента приведена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7. Принципиальная схема базового элемента ДТЛ микросхемы
Усилитель, использованный в схеме на рисунке 3, позволяет вырабатывать как втекающий, так и вытекающий выходной ток. Тем не менее следует помнить, что это источник напряжения, и если не ограничить выходной ток микросхемы, то можно вывести ее из строя.
Приведенный на рисунке 3 логический элемент используется в таких современных сериях микросхем как 555, 533, 1531, 1533. В этих сериях микросхем для повышения быстродействия применяются транзисторы и диоды Шоттки.
Обратите внимание, что транзистор VT1 инвертирует сигнал на выходе элемента "И". То есть вместо логической 1 на выходе присутствует логический 0. И наоборот вместо логического нуля на выходе присутствует логическая единица, а схема в целом реализует функцию "2И-НЕ":
Условно-графическое изображение такого логического элемента показано на рисунке 4, а таблица истинности приведена в таблице 1.
Рисунок 2.8. Условно-графическое изображение элемента "2И-НЕ".
Таблица 2.1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"
x1x2F001011101110
На основе базового элемента строится и инвертор. В этом случае на входе используется только один диод. Схема ДТЛ инвертора приведена на рисунке 5.
Рисунок 2.9. Принципиальная схема инвертора ДТЛ микросхемы
В состав современных серий микросхем кроме элементов "И" входят логические элементы "ИЛИ" транзисторы VT2 соединяются параллельно в точках "а" и "б", показанных на рисунке 3, а выходной каскад используется один. Схема логического элемента "2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 6.
Рисунок 2.10. Принципиальная схема логического элемента "2ИЛИ-НЕ" ДТЛ микросхемы
Схемы "ИЛИ-НЕ" в этих сериях микросхем имеет обозначение ЛЕ. Например схема К555ЛЕ1 содержит в одном корпусе четыре элемента "2ИЛИ-НЕ". Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 2, а условно-графическое изображение такого элемента показано на рисунке 7.
Рисунок 2.11. Условно-графическое изображение элемента "2ИЛИ-НЕ"
Таблица 2.2 Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2ИЛИ-НЕ"
x1x2F001010100110
2.4 Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)
В ТТЛ схемах вместо параллельного соединения диодов используется многоэмиттерный транзистор. Физика работы этого элемента не отличается от работы диодного элемента "2И". Высокий потенциал на выходе многоэмиттерного транзистора получается только в том случае, когда на обоих входах элемента (эмиттерах транзистора) присутствует высокий потенциал (то есть нет эмиттерного тока). Принципиальная схема типового элемента ТТЛ микросхемы приведена на рисунке 1.
Рисунок 2.12. Принципиальная схема типового элемента ТТЛ микросхемы
Умощняющий усилитель, как и в диодно-транзисторном элементе, инвертирует сигнал на выходе схемы. По такой схеме выполнены базовые элементы микросхем серий 155, 131, 155 и 531. Схемы "И-НЕ" в этих сериях микросхем обычно имеет обозначение ЛА. Например, схема К531ЛА3 содержит в одном корпусе четыре элемента "2И-НЕ". Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 1, а условно-графическое обозначение этих элементов приведено на рисунке 2.
Рисунок 2.13 Условно-графическое изображение элемента "2И-НЕ"
Таблица 2.3. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"
x1x2F001011101110
На основе базового элемента строится и инвертор. В этом случае на входе используется только один диод. Схема ТТЛ инвертора приведена на рисунке 3.